Hullám és korpuszkuláris tulajdonságait a fény
1. A hullám tulajdonságait a fény
1.1 diszperziós
Folytatódó javítása távcsövek. Newton rámutatott, hogy a kép által a lencse, az élek festettek. Ő lett érdekel ez az első „feltárt különböző fénysugarak és ebből eredő különleges szín, mely korábban senki sem” (a szó a felirat a sír Newton) Newton fő tapasztalata volt zseniálisan egyszerű. Newton rájött irányul, hogy a prizma sugár kis keresztmetszetű. A sugár napfény tartott egy elsötétített szobában egy kis lyuk a zárat. Falling egy üveg prizma, ez megtörik, és adott a szemközti falon a hosszúkás kép váltakozó szivárvány színei. Miután a több évszázados hagyomány, mely szerint a szivárvány tekintettük, amely hét alapszínek, Newton is azonosítottak hét szín: lila, kék, cián, zöld, sárga, narancssárga és piros. Samu szivárvány csíkos Newton úgynevezett spektrum.
A záró nyitó piros üveg. Newton látta a falon csak vörös folt, bezárja a kék-kék, stb Ebből következik, hogy nincs prizma színei fehér fény, mint azt korábban véltük. Prism nem vált színt, de csak bomlik be annak alkatrészeivel. A fehér fény összetett szerkezettel bír. Belőle kiválaszthatja gerendák különböző színű, és csak közös fellépés tesz minket fehér színhatás. Valójában, ha a második prizma, 180 fokkal elforgatva képest az első. Gyűjtsd össze az összes spektrum, akkor még mindig a fehér fény. Kiemelve a bármely része a spektrum, például zöld, és arra kényszeríti a fény áthalad egy másik prizma, akkor nem kap további elszíneződés.
Egy másik fontos következtetésre jut, Newton, úgy fogalmazott egy értekezést „Optics” az alábbiak szerint: „A fénysugarak különböző színű, különböző fokban refrangibility” legerősebben megtörik UV sugarak, kevesebb, mint a többiek - piros. A függőség a törésmutatója a fény, a szín az úgynevezett diszperziós (az Dispergo szóródás latin szó).
Később Newton javította ellenőrzését a spektrum, így a tiszta szín. Forduló után megjelenő színes folt a fénysugár áthalad a prizmán, részben átfedik. Ahelyett, hogy egy kör alakú lyukat használt keskeny rés (A), megvilágított fényes forrás. Objektív mögött található a hasíték (B), amely a képernyő (D) kép egy keskeny fehér. Ha elhelyezni a sugár útjában egy prizma (C), a hasíték képet nyújtva a spektrumban, egy színes csík színátmenetek, ahol a vörös ibolyáig megfigyeltekhez hasonlóan a szivárvány. Newton tapasztalat az 1. ábrán látható
SHAPE \ * MERGEFORMAT
1. ábra
Ha fedni a színes üveg, azaz ha irányul, hogy a prizma helyett a fehér fény színe, a hasíték kép csökken színes négyszög van elhelyezve egy megfelelő helyen a spektrum, azaz a attól függően, hogy a fény színe kitér a különböző szögekből az eredeti képet. Meghatározza a megfigyelés azt mutatja, hogy a különböző színek megtörik sugarak különböző prizma.
Ez egy fontos következtetés, Newton által tesztelt sok kísérlet. A legfontosabb az volt, hogy azonosítsák és törésmutatója sugarak különböző színű, izolált a spektrum. Erre a célra, egy képernyő, amelyen egy spektrumot kapunk, vágott egy lyukat; mozog a képernyőn, lehetséges volt, hogy kiadja a lyukon keresztül keskeny fénysugár egy adott színt. Egy ilyen eljárás allokálására tökéletes homogén sugarak, mint kiválasztása útján színes üveg. A kísérletek azt tapasztaltuk, hogy egy ilyen célzott sugár megtörik a második Prism, nem nyúlik a szalag. Ez gerenda megfelel egy bizonyos törésmutatója, amelynek értéke függ a kiválasztott gerenda színt.
Így a fő kísérletek Newton kötött két fontos felfedezést:
1.Svet különböző szín jellemzi a különböző törésmutatójú ebben az anyagban (diszperzió).
2. A fehér szín gyűjteménye egyszerű színeket.
Annak ismeretében, hogy a fehér fény összetett szerkezettel bír, lehetséges, hogy ismertesse a rendkívül változatos színekben jellegű. Ha egy tárgyat, például egy papírlapot, ami a sugárzás esik rajta, különböző színekben, úgy jelenik meg fehér. Amely papír réteg festék, nem hozunk létre ebben az új világban a szín, de késik a lap néhány meglévőt. Will már csak azokat a vörös sugarak, és a többit majd felszívódik réteg festék. Fű és levelek jelennek meg a zöld számunkra, mert az összes tükrözik csak egy zöld, elnyeli a többit esik rájuk a napfény. Ha megnézzük a füvet egy piros üveg. továbbítja csak a vörös sugarak, meg fog jelenni majdnem fekete.
Most már tudjuk, hogy a különböző színek felelnek meg a különböző hullámhosszú fényt. Ezért, az első megnyitása Newton lehet a következőkben foglalhatók össze: a törésmutatója anyag függ a fény hullámhossza. Általában csökkenésével növekszik hullámhosszon.
1.2 interferencia
Interferenciája könnyű volt megfigyelhető sokáig, de nem ismeri ezt. Sok látta az interferencia minta, ha egy gyerek szórakozik buborékokat fúj, és figyeli a irizáló színek játéka egy vékony film kerozin a víz felszínén. Ez a fény interferencia miatt a buborék olyan csodálatra méltó.
Angol tudós Thomas Young először jött a zseniális ötlet lehetséges magyarázat színek vékony filmeket hozzáadásával két hullámok, amelyek közül az egyik (A) visszaverődik a külső felületén a film, és a második (B) - a belső (2. ábra)
2. ábra
Így interferencia van a fényhullámok - hozzáadásával két hullám, amelynek következtében van egy növekedés vagy csökkenés kapott világos oszcillációk különböző pontjain a térben. Az eredmény az interferencia (amplifikáció vagy a csillapítás a keletkező rezgések) függ a filmvastagság és a hullámhossz. Fénykibocsátás lenne a helyzet, ha a két megtört hullám (visszavert belső felületén a film) elmaradnak a hullám 1 (visszavert külső felületén a film) a szerves hullámhosszak száma. Ha a második hullám elmarad az első felében a hullámhossz vagy páratlan számú fele lesz fénycsillapításának.
Annak érdekében, hogy egy stabil interferencia minta hozzáadásakor hullámok, a hullámok kell koherens, azaz a Meg kell azonos hullámhosszon és állandó fáziskülönbség. A koherencia a hullámok visszavert a külső és a belső felület a film, feltéve, hogy azok mind része ugyanannak fénysugár. Hullámok által kibocsátott két hagyományos független forrásból nem nyújtanak az interferencia mintát annak a ténynek köszönhető, hogy a fázis közötti különbség két hullám ezekből a forrásokból származó nem állandó.
Jung is érthető, hogy a különbség a szín miatt a különbség a hullámhossz (vagy gyakoriságának a fényhullámok). Fényáramokra különböző színű felelnek meg a különböző hullámhosszakon. Kölcsönös megerősítésére hullámok, eltérő hosszúságú egymástól eltérő rétegvastagság szükséges. Következésképpen, ha a film egy egyenletes vastagságú, hogy amikor fehér fénnyel megvilágítva jelenik meg különböző színekben.
1.3 Diffrakciós. Young tapasztalata
Diffrakciós fény a szűkebb értelemben vett - a jelenség a diffrakciós fénysorompók és a fény belép a régió geometriai árnyék; a legtágabb értelemben vett - bármilyen eltérés a fény terjedését a törvények geometriai optika.
Meghatározása Sommerfeld mellett fénytörést megérteni bármilyen eltérést egyenes vonalú terjedés, ha nem magyarázható eredményeként visszaverődés, fénytörés vagy hajlító fénysugarak média folyamatosan változó törésmutatójú.
1802-ben. Jung felfedezték az interferencia fény, a fázis egy klasszikus tapasztalat diffrakciós (3. ábra).
3. ábra
Az átlátszatlan képernyőn, ő áttört pin két kis lyukat a B és C, egy kis távolságra egymástól. Ezek a nyílások fedett keskeny fénysugár, amely átment viszont egy kis nyíláson keresztül egy másik képernyőre. Ez az részletezésre nagyon nehéz volt kitalálni abban az időben, úgy döntöttem, hogy megtapasztalják sikert. Zavarja egyetlen koherens hullámok. Alakult összhangban Huygens elvének gömbhullám által gerjesztett lyukak Egy a nyílások B és C koherens oszcillációk. Ennek következtében a diffrakciós a nyílások B és C közül kettőt fénykúp, amelyek részben átfedik. Ennek eredményeként az interferenciát a fényhullámok megjelent a képernyőn váltakozó világos és sötét csíkokkal. Zárás a nyílások egyike, Young úgy találta, hogy a interferenciacsíkok eltűnnek. Éppen ez tapasztalat először Jung hullámhosszon mértük, amely megfelel a fénysugarak különböző színű, és nagyon pontos.
diffrakciós vizsgálat csúcspontját műveiben Fresnel. Azt vizsgálták részletesen a különböző funkciók a diffrakciós kísérletek, és épül egy kvantitatív elmélete diffrakciós, amely lehetővé teszi, hogy kiszámítja a diffrakciós mintázat, amely akkor jelentkezik, amikor a kerekítés fény minden akadályt.
Az elmélet a diffrakciós ilyen problémák megoldása, mint a zaj elleni védelem akusztikus képernyők szaporítás a föld felett, a munka optikai eszközök (mivel a kép adott a lencse, - mindig diffrakciós mintázat), mérő felületi minősége a tanulmány az anyag szerkezete és .
1.4 polarizációs
Új tulajdonságok a természet a fényhullámok a tapasztalatok a fény bejutását a kristályokat. különösen a turmalin.
Vegyünk két azonos téglalap alakú lemez tourmaline vágott úgy, hogy az egyik oldalán a téglalap egybeesik egy adott irányban a kristály, nevét viselő az optikai tengellyel. Impose egyik lemez a másik, hogy azok tengelyei egybeesnek irányba, és átmegy egy pár hajtogatott lemezeket egy keskeny sugár egy lámpából jövő fény, vagy a napot. Turmalin barna kristály - zöld színű, a továbbított gerenda lábnyom a képernyőn képviseli formájában egy sötét - zöld foltok. Mi kezd fordulni az egyik lemez körüli sugár, miközben a másik helyhez. Azt látjuk, hogy a gerenda nyomvonal gyengül, és a lap fog fordulni a 90 0. teljesen eltűnik. A további forgás a lap helyezkedik gerenda ismét emelkedni kezd, és eléri az azonos intenzitással, amikor a lemezt forgatjuk 180 0. azaz amikor az optikai tengelye a lemezek ismét található párhuzamosan. A további forgása turmalin gerenda ismét gyengül.
Ezekből jelenségek levonhatjuk az alábbi következtetéseket:
1. Fény ingadozások a nyaláb merőlegesen, hogy a vonal a fény terjedését (fényhullámok keresztirányú).
2. Tourmaline átvitelére alkalmas fényhullámok csak abban az esetben, ha ők irányítják egy bizonyos módon képest a tengelye körül.
3. A lámpa fényében (Sun) keresztirányú rezgések bármilyen irányba, és ezenkívül, ugyanolyan arányban, úgy, hogy nincs iránya nem előnyös.
Pin 3 megmagyarázza, hogy miért természetes fényt egyaránt áthalad turmalin bármely orientációban cikkére, bár turmalin szerint következtetés 2, át tud haladni csak bizonyos fényt oszcilláció irányban. A áthaladását természetes fényt a turmalin vezet, hogy a keresztirányú rezgések vannak kiválasztva csak azok, amelyek átadhatók turmalin. Ezért, a fény áthalad a turmalin lesz több keresztirányú oszcillációk az egyik irányban meghatározott orientációját tengelye turmalin. Az ilyen fény lesz az úgynevezett lineárisan polarizált, és a sík tartalmazza a rezgés irányát és az optikai tengely, - a polarizációs síkját.
Most kiderül, a tapasztalat a folyosón a fény segítségével a két sorozat meg turmalin lemezek. Az első polarizáló lemezzel rajta áthaladó fénynyaláb hagyva ott csak az egyik irányban az oszcilláció. Ezek a rezgések áthaladnak a második turmalin teljesen csak akkor, ha az iránya egybeesik a irányát átvitt rezgések által a második turmalin, azaz ha a tengelye párhuzamos az első tengellyel. Ha az irány az oszcilláció a polarizált fény irányára merőleges rezgések által továbbított második turmalin, a fény lesz teljesen leáll. Ha az irány oszcilláció polarizált fényben hegyesszöget alkot az irányt, hagyja turmalin, a rezgések elhagyjuk részben.
2. A kvantum tulajdonságait a fény
2.1 A fotoelektromos hatás
1887-ben. Német fizikus Hertz magyarázta a fotoelektromos hatás. Ennek alapja az volt a hipotézist Planck kvantum.
A jelenség a fotoelektromos hatás, amikor fényt érzékeit cinklemezt csatlakozik a rúd a elektrométer. Ha a lemezt, és a rúd telt pozitív töltés, a elektrométer nem lemerült megvilágítás hatására lemez. Amikor bejelented lemez elektrométer negatív elektromos töltést lemerült, amint a ultraibolya sugárzás esik a lemez. Ez a kísérlet azt bizonyítja, hogy a felszínen a fémlemez negatív töltések is megjelent a fény hatására. Mérése a töltés, és a szemcsék tömege, a fény kiadja azt mutatta, hogy ezek a részecskék - az elektronok.
megpróbálja megmagyarázni a törvényeket a külső fotoelektromos hatás alapján hullám fogalmak fény került sor. E koncepció szerint, a mechanizmus a fotoelektromos hatás a következő. Fém a beeső fény hullám. Az elektronok a felületi réteg elnyeli az energiát a hullámok és az energia fokozatosan nőtt. Ha nagyobb lesz, mint a kilépési munka, az elektronok kezdenek térni a fém. Így a hullám elmélet a fény tűnt, hogy képes legyen minőségileg megmagyarázni a fotoelektromos hatás.
Azonban számítások azt mutatták, hogy ez a magyarázat közötti idő kezdete világítás a fém és a kezdeti elektron emissziós legyen körülbelül tíz másodpercig. Eközben, a kísérlet, hogy a t<10-9c. Следовательно, волновая теория света не объясняет безинерционности фотоэффекта. Не может она объяснить и остальные законы фотоэффекта.
Szerint a hullám elmélet a kinetikus energia fotoelektron növelni kell a növekvő intenzitása a fény esik fém. És az intenzitás a hullám határozza meg az amplitúdó a oszcilláció intenzitásának E a frekvencia helyett a fény. (Az intenzitás a beeső fény csak annyi a kilökött elektronok és a telítési áram függ a teljesítmény).
Ez következik a hullám elmélet, hogy a szükséges energia kilökődését elektronokat a fém, képes a sugárzás bármely hullámhossznál, ha az intenzitás elegendően nagy, azaz a fotoelektromos hatás miatt esetlegesen bekövetkező bármilyen kibocsátott fény. Ugyanakkor ott van a vörös szélén a fotoelektromos hatás, azaz a kapott energiájú elektronok nem függ az amplitúdó a hullám, és annak gyakorisága.
Így megpróbálja megmagyarázni a törvényeket a fotoelektromos hatás alapján hullám kijelentéseket fény nem sikerült.
2.2 A Compton hatása
Compton hatást nevezzük frekvencia változását vagy hullámhosszú fotonok által szórási elektronok és nukleonok. Ez a hatás nem illeszkedik a hullám elmélet, amely szerint a hullámhossz a szórási nem változhat: az intézkedés alapján időszakos optikai mező változik az elektron erőtér frekvenciájának, és ezért bocsát ki a szétszórt hullámok ugyanazt a frekvenciát.
A Compton hatása eltér a fotoelektromos hatás, hogy a foton átadja az energiáját az anyagi részecskék nem teljesen. Egy speciális esete a Compton-effektus az szórási röntgensugarak a elektronhéjak az atomok és szóródása gamma-sugarak a atommagok. A legegyszerűbb esetben, a Compton-szórás hatás jelentése monokromatikus röntgensugár-fény anyagok (grafit, paraffin és mások.) És az elméleti elemzés e hatás ebben az esetben minősül szabad elektron.
A magyarázat által adott Compton effektus alapján quantum ötletek a fény természetéről. Ha feltételezzük, akárcsak a kvantumelmélet, hogy a sugárzás korpuszkuláris jellegű.
Compton hatás figyelhető meg nem csak az elektronok, hanem más töltött részecskék, például proton, hanem azért, mert a nagy tömegű proton visszatér „látható” csak a szórási fotonok nagyon nagy energiák.
Mivel a Compton hatást, és a fényelektromos hatás alapján kvantum ábrázolásai elektronok való kölcsönhatás miatt fotonok. Az első esetben, a foton szóródik, a második - felszívódik. Scattering akkor történik, amikor egy foton kölcsönhatás szabad elektronok és fotoelektromos hatás - a kötött elektronok. Meg lehet mutatni, hogy az ütközés fotonok szabad elektronok nem történhet foton abszorpció, hiszen ellentmond a jogszabályok lendületmegmaradás és az energia. Ezért, csak a szórás figyelhető meg a kölcsönhatás a fotonok szabad elektronok, azaz Compton hatása.
következtetés
A jelenség az interferencia, diffrakció, a fény polarizációs a hagyományos fényforrások megdönthetetlen bizonyíték a hullám tulajdonságait a fény. Azonban, ezek a jelenségek megfelelő körülmények között mutat fény részecske tulajdonságait. Másfelől, a hősugárzás minták szervek, a fényelektromos hatás és más meggyőzően mutatja, hogy a fényt úgy viselkedik, mint egy folyamatos, kiterjesztett hullám, de az áramlás „klaszterek” (részek QUANTA) energia; mint részecskefolyam - fotonok.
Így, fény egyesíti folytonos hullámú és a különálló részecskék. Ha figyelembe vesszük, hogy a fotonok már csak mozgás közben (a sebesség), arra a következtetésre jutunk, hogy mind a fény mind hullám és részecske tulajdonságait. De bizonyos jelenségek bizonyos körülmények között fontos szerepet játszanak vagy hullám vagy korpuszkuláris tulajdonságai és könnyű lehet tekinteni akár egy hullám, vagy részecskéket (részecskéken).